Onderzoek naar de toepassing van een ringgolfsimulator bij EMC-immuniteitstesten van elektrische en elektronische apparatuur.

Abstract
In industriële elektriciteitsnetten en civiele energievoorzieningssystemen worden gedempte oscillerende ringgolfinterferenties gegenereerd door het schakelen van hoogspanningsschakelaars, transiënte oscillaties van transformatoren, stroomstoringen en het schakelen van inductieve belastingen. Dergelijke transiënte verstoringen worden via stroomleidingen en signaalleidingen gekoppeld aan elektrische en elektronische apparatuur, wat gemakkelijk kan leiden tot apparatuuruitval, storingen en zelfs hardwarebeschadiging. Als belangrijk EMC-testinstrument is de ringgolfsimulator De ringgolfgenerator kan onder laboratoriumomstandigheden realistische ringgolfinterferentie reproduceren. Hij voert immuniteitstests uit conform GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12 en andere normen om de immuniteit van de te testen apparatuur (EUT) tegen dergelijke interferentie te evalueren, zwakke plekken in de isolatie en defecten in de anti-interferentiecircuits tijdig te identificeren en een stabiele werking van de apparatuur in complexe stroomomgevingen te garanderen. LISUN In dit artikel wordt de RWG61000-12 serie ringgolfsimulator als onderzoeksobject gebruikt. Het beschrijft het generatiemechanisme van ringgolfinterferentie, de kernfuncties van de simulator, de belangrijkste technische parameters en toepassingsscenario's voor diverse industrieën, om zo een referentie te bieden voor praktische EMC-testen van ringgolfimmuniteit.

Introductie

Moderne elektrische en elektronische apparatuur wordt op grote schaal toegepast in industriële besturing, laadpalen voor nieuwe energiebronnen, medische apparaten, huishoudelijke apparaten, energiemeters en andere gebieden. De voedingsomgevingen van deze apparatuur zijn gevuld met diverse tijdelijke elektromagnetische storingen. De ringgolf is een niet-repetitieve, gedempte, oscillerende, tijdelijke puls die veel voorkomt in laagspannings-wisselstroomnetwerken. Wanneer hoogspanningsschakelaars in werking treden, ontstaan ​​er tijdelijke oscillaties in transformatorwikkelingen, bij het starten en stoppen van grote motoren of bij kortsluitingen in energiesystemen. Door impedantieverschillen in de leidingen wordt de reflectie van lopende golven geactiveerd, wat leidt tot steil stijgende, hoog-amplitude en geleidelijk afnemende oscillerende pulsen van 100 kHz, oftewel ringgolfinterferentie.

Dergelijke interferentie wordt via stroom- en signaalkabels in apparatuur doorgegeven en beïnvloedt stroomcircuits en signaalinterfaces. Veel apparaten werken normaal onder ideale laboratoriumomstandigheden, maar vertonen vaak besturingsafwijkingen, communicatiestoringen en functionele problemen nadat ze op een elektriciteitsnet zijn aangesloten. Een groot aantal van deze storingen is te wijten aan ringgolfverstoring. Om het risico op apparatuurfalen door elektromagnetische omgevingen te vermijden, moeten producten tijdens de R&D- en typegoedkeuringsfase gestandaardiseerde ringgolfimmuniteitstests ondergaan. De ringgolfsimulator vormt de kernhardware voor dergelijke tests. Deze kan gestandaardiseerde ringgolfvormen in laboratoria reproduceren, onafhankelijk van complexe veldomstandigheden, en zorgt voor herhaalbare en vergelijkbare immuniteitsbeoordelingen om verborgen ontwerprisico's van producten vroegtijdig aan het licht te brengen. Het is daarmee een onmisbaar testinstrument voor de verificatie van elektromagnetische compatibiliteit.

1. Werkingsprincipe en kernfuncties van de ringgolfsimulator

De ringgolfsimulator, ook wel ringgolfgenerator genoemd, bestaat hoofdzakelijk uit een hoogspanningsenergieopslageenheid, een pulsgenererend netwerk, een vermogensversterkermodule, een koppelings-ontkoppelingsnetwerk (CDN) en een mens-machine-interactiebesturingssysteem. Standaard gedempte oscillerende golfvormen worden gegenereerd door LC-oscillatiecircuits. Na vermogensversterking worden pulssignalen met een gespecificeerde spanning en stroomsterkte uitgevoerd. Het koppelings-ontkoppelingsnetwerk injecteert verstoringen in de poorten van de te testen apparatuur en isoleert tegelijkertijd de externe netvoeding om te voorkomen dat testpulsen het elektriciteitsnet in omgekeerde richting vervuilen en om de testveiligheid en de nauwkeurigheid van de golfvorm te garanderen.

De kernfunctie van de ringgolfsimulator is het simuleren van ringgolfinterferentie die elektrische en elektronische apparatuur in de praktijk ondervindt. Het reproduceert gedempte oscillerende pulsen die worden gegenereerd door het schakelen van hoogspanningsschakelaars, transiënte oscillaties in transformatorwikkelingen, storingen in het elektriciteitsnet en het schakelen van inductieve belastingen. Storingssignalen worden toegepast op de te testen apparatuur (EUT) volgens nationale en internationale standaard golfvormspecificaties voor gestandaardiseerde immuniteitstests, om zo de weerstand van de EUT tegen ringgolfinterferentie te evalueren. Tijdens de tests kunnen zwakke plekken in de isolatie van de apparatuur, defecten in de voedingscircuits en kwetsbaarheden in de interfacebeveiligingscircuits tijdig worden gedetecteerd. Dit helpt bij de hardwareoptimalisatie en zorgt voor een continue en stabiele werking van de apparatuur na implementatie in complexe energieomgevingen.

Operators kunnen de amplitude van de uitgangsspanning, de uitgangsimpedantie, de pulspolariteit en de synchronisatiefase met het elektriciteitsnet aanpassen om storingen van verschillende ernstniveaus te simuleren. De werkingsstatus van het te testen apparaat onder invloed van storingen wordt geobserveerd. Prestatievermindering, functionele afwijkingen en hardwarebeschadiging worden beoordeeld aan de hand van productspecificaties voor de evaluatie van het immuniteitsniveau. LISUN De RWG61000-12 serie ringgolfsimulator is uitgerust met een Chinees-Engels Android touchscreen voor visuele parameterconfiguratie en automatische registratie van het testproces, waardoor deze geschikt is voor EMC-conformiteitstests in diverse industrieën. 

2 Belangrijkste parameters van LISUN RWG61000-12 Serie Ringgolfsimulator

De LISUN De RWG61000-12 serie ringgolfsimulatoren omvat vier modellen met een uitgangsspanning van 4 kV en 6 kV, respectievelijk uitgerust met eenfasige en driefasige vijf-draads koppelings-ontkoppelingsnetwerken, geschikt voor eenfasige huishoudelijke apparaten, meters en driefasige industriële apparatuur. Deze serie voldoet aan GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12:2017, EN 61000-4-12:2017, GJB151B-2013 en andere normen. De belangrijkste technische specificaties staan ​​vermeld in tabel 1.

Tabel 1 Belangrijkste specificaties van de RWG61000-12 serie ringgolfsimulator

Zoals in de bovenstaande parameters is weergegeven, biedt deze ringgolfsimulator twee standaard uitgangsimpedantie-instellingen: 12 Ω en 30 Ω, overeenkomend met testomstandigheden met verschillende bronimpedanties zoals gespecificeerd in normen. Het ondersteunt synchrone triggering met wisselstroomfrequentie van 0° tot 360°, waarmee scenario's kunnen worden gesimuleerd waarbij ringgolfinterferentie optreedt bij willekeurige fasehoeken van de netfrequentiespanning, wat de testreproduceerbaarheid verbetert. De 4 kV-versie is geschikt voor huishoudelijke apparaten en algemene industriële regelapparatuur, terwijl de 6 kV-modellen RWG61000-12A en RWG61000-12AT gericht zijn op energieapparatuur en nieuwe-energieproducten met een hogere belasting. De eenfasige CDN is geschikt voor kleine huishoudelijke apparaten en elektriciteitsmeters; de driefasige vijf-draads CDN wordt gebruikt voor frequentieomvormers, driefasige motoren en andere industriële apparatuur, waarmee een breed scala aan producten wordt bestreken.

RWG61000-12_AL

3 Industriële toepassingen van de ringgolfsimulator

Ringgolfsimulatoren worden veelvuldig gebruikt voor productonderzoek en -ontwikkeling, betrouwbaarheidsverificatie en typekeuring in industriële besturing en energievoorziening, nieuwe energie, huishoudelijke apparaten, medische elektronica en andere sectoren.

In de industriële besturings- en energiesector moeten PLC's, servoaandrijvingen, industriële routers, energiemeters en relaisbeveiligingsapparaten immuniteitstesten op het elektriciteitsnet ondergaan met behulp van ringgolfsimulatoren. Deze testen simuleren gedempte oscillatie-interferentie die wordt veroorzaakt door het starten en stoppen van motoren en het schakelen van transformatoren in fabrieken. Tests kunnen vertragingen in commando's, communicatiefouten en defecten aan relais detecteren en de isolatieprestaties evalueren. Dit voorkomt doorbranden van apparatuur op locatie en garandeert een veilige werking van productielijnen en stroomdistributiesystemen.

In de sectoren nieuwe energie en auto-elektronica moeten de voedingsingangen en CAN-communicatiepoorten van AC/DC-laadpalen worden getest op ringgolfimmuniteit met behulp van ringgolfsimulatoren. Deze tests simuleren verstoringen in het elektriciteitsnet en door interne schakelingen veroorzaakte ringgolfverstoringen in de laadpalen, waardoor wordt geverifieerd of er laadonderbrekingen en communicatiestoringen optreden. Ook auto-BMS-systemen en boordladers (OBC's) kunnen ringgolfsimulatoren gebruiken om tijdelijke oscillatie-interferentie van voertuigvoedingssystemen te reproduceren en een betrouwbare werking van de elektronische componenten aan boord te garanderen.

Voor huishoudelijke apparaten en consumentenelektronica, zoals koelkasten, airconditioners, wasmachines, stroomadapters en slimme stopcontacten, worden ringgolfsimulatoren gebruikt om ringgolfstoringen na te bootsen die ontstaan ​​door het starten en stoppen van compressoren en het schakelen van krachtige apparaten in residentiële elektriciteitsnetten. Hierdoor wordt gecontroleerd of de apparatuur zal uitvallen of defect zal raken, en worden de beveiligingscircuits van de stopcontacten vooraf geoptimaliseerd om de betrouwbaarheid van consumentenproducten te verbeteren.

Medische elektronische apparatuur vereist een hoge mate van bedrijfszekerheid. Patiëntmonitoren, echografieapparaten, infuuspompen en andere medische instrumenten moeten ringgolfsimulatoren gebruiken om verstoringen in het elektriciteitsnet te simuleren die worden veroorzaakt door het schakelen van grootschalige ziekenhuisapparatuur zoals CT- en MRI-scanners. Hierbij wordt gecontroleerd of er geen data-offset of valse triggering optreedt om de veiligheid van de diagnose te garanderen.

4 Praktische betekenis en conclusie

Ringgolfverstoringen komen objectief voor in echte elektriciteitsnetwerken, en talloze productstoringen op locatie worden veroorzaakt door ringgolfeffecten. De ringgolfsimulator biedt gestandaardiseerde en reproduceerbare oplossingen voor laboratoriumtests. Zonder complexe omstandigheden op locatie te hoeven creëren, kunnen gedempte oscillatiepulsen uit de praktijk worden gesimuleerd om de immuniteit van de te testen apparatuur te beoordelen, zwakke plekken in de isolatie en defecten in het beveiligingscircuit op te sporen, en optimalisatie van de printplaatlay-out, aardingsontwerp en de selectie van overspanningsbeveiligingscomponenten te begeleiden. De kans op apparatuurstoringen op locatie kan al in de R&D-fase worden verkleind.

De LISUN RWG61000-12-serie ringgolfsimulator Voldoet volledig aan de golfvormvereisten van nationale, militaire en internationale normen. Meerdere eenfasige en driefasige configuraties voldoen aan de eisen van R&D-laboratoria en externe testinstituten. Ringgolfimmuniteitstesten zijn niet alleen bedoeld voor conformiteitscertificering, maar ook een essentiële methode om de omgevingsbestendigheid en betrouwbaarheid van elektrische en elektronische apparatuur te verbeteren. Met de voortdurende popularisering van industriële en nieuwe-energieapparatuur zullen ringgolfsimulatoren een steeds belangrijkere rol spelen in EMC-verificatie.